M. VERHILLE — Physique-Chimie · 3ème
Objectifs et competences
Objectifs du chapitre, en lien avec le programme de cycle 4 (BO n° 31 du 30 juillet 2020) :
- Modeliser par des atomes et des molecules
- Lire et ecrire des formules chimiques
Competences du socle :
- D1.3 : Langages scientifiques (formules brutes, semi-developpees)
- D4 : Systemes naturels et techniques
A la fin de ce chapitre, l'eleve sait :
1. Représentation des atomes — modèle des sphères dures
| Atome | Symbole | Couleur sphère |
|---|---|---|
| Hydrogène | H | ⚪ blanc |
| Carbone | C | ⚫ noir |
| Oxygène | O | 🔴 rouge |
2. Les molécules
Une molécule est un assemblage d'atomes liés entre eux par des liaisons chimiques.
Molécules à connaître
Convention de ce modèle : C noir, H blanc et O rouge. Le tableau textuel fournit aussi tous les comptages.
| Molécule | Formule | Composition d’une molécule |
|---|---|---|
| Dioxygène | O₂ | 2 O |
| Eau | H₂O | 2 H et 1 O |
| Dioxyde de carbone | CO₂ | 1 C et 2 O |
| Méthane | CH₄ | 1 C et 4 H |
| Éthanol | C₂H₅OH | 2 C, 6 H et 1 O |
| Butane | C₄H₁₀ | 4 C et 10 H |
La molécule de méthane CH₄ (principal constituant du gaz naturel)
La molécule d'alcool C₂H₅OH
⚠️ L'alcool est toxique.
Le butane C₄H₁₀ (gaz de bouteille)
Formule semi-développée :
H₃C — CH₂ — CH₂ — CH₃
⚠️ au 2-méthylpropane de même formule brute C₄H₁₀
En projection, une sphère peut être partiellement masquée ; la formule semi-développée précise les groupes et les liaisons. Formule semi-développée de l'isomère du butane: le 2-méthylpropane
CH₃ — CH(CH₃) — CH₃
La molécule d'aspirine C₉H₈O₄
La molécule de glucose C₆H₁₂O₆
3. Molécules essentielles
- H₂O — L’eau est indispensable à la vie connue. Elle représente environ 60 % de la masse d’un adulte, avec des variations selon l’âge et la composition corporelle. Elle dissout de nombreuses espèces (sel, sucre), mais pas toutes : les huiles sont très peu solubles dans l’eau.
- CO₂ — Les végétaux chlorophylliens et les algues utilisent le carbone du CO₂ pour fabriquer des molécules organiques par photosynthèse. Les animaux obtiennent leur carbone dans leur alimentation. Une augmentation du CO₂ atmosphérique renforce l’effet de serre.
- O₂ — Le dioxygène est consommé lors de la respiration cellulaire de nombreux êtres vivants ; il est libéré par la photosynthèse des végétaux chlorophylliens, des algues et des cyanobactéries.
Approfondissement : dans H₂O, l’oxygène porte une charge partielle négative et les hydrogènes des charges partielles positives. Les interactions entre molécules contribuent aux propriétés de l’eau ; elles ne constituent pas une définition universelle de la solubilité.
Source : eau dans le corps humain — USGS.
Bilan — Ce qu'il faut retenir
| Notion | Definition | Formule |
|---|---|---|
| Molecule | Assemblage d'atomes lies entre eux par des liaisons chimiques (ex : H₂O, CO₂) | — |
| Formule chimique | Ecriture qui indique la nature et le nombre d'atomes dans une molecule (ex : C₂H₅OH) | — |
| Corps pur | Substance constituée d’une seule espèce chimique ; ses constituants peuvent être moléculaires, atomiques ou ioniques (eau pure, diamant, chlorure de sodium pur) | — |
| Isomeres | Molecules ayant la meme formule brute mais des arrangements d'atomes differents (ex : butane et 2-methylpropane, C₄H₁₀) | — |
| Modele moleculaire | Representation en spheres colorees : H = blanc, C = noir, O = rouge | — |
| Molecules essentielles | H₂O (solvant de nombreuses espèces), O₂ (respiration), CO₂ (photosynthese, effet de serre) | — |
Erreurs frequentes a eviter
- Confondre atome et molecule : un atome est une particule unique (ex : O), une molecule est un assemblage d'atomes lies (ex : O₂). Le dioxygene O₂ est une molecule, pas un atome.
- Confondre element chimique et corps pur : l'element carbone (C) designe le type d'atome ; le corps pur diamant ou graphite designe une substance composee uniquement de carbone.
- Oublier les coefficients stoechiometriques : dans H₂O, le "2" en indice signifie 2 atomes d'hydrogene dans la molecule. Ne pas confondre avec un coefficient devant la formule (ex : 2H₂O = 2 molecules d'eau).
Differenciation
- Remediation : Utiliser des modeles moleculaires physiques (boules et batonnets) pour construire les molecules du cours (H₂O, CO₂, CH₄) et compter les atomes de chaque type.
- Approfondissement : Choisir une molécule (caféine C₈H₁₀N₄O₂ ou glucose C₆H₁₂O₆), compter ses atomes à partir de la formule brute, puis reproduire un modèle dont la structure détaillée est fournie par le professeur. La formule brute seule ne fixe pas cet assemblage. L’isomérie est un approfondissement guidé.
Simulation interactive
🔗 PhET Construire une molécule : https://phet.colorado.edu/sims/html/build-a-molecule/latest/build-a-molecule_all.html?locale=fr
Référence : programme de physique-chimie du cycle 4 et ressources ministérielles. Les objectifs et approfondissements de ce chapitre constituent une progression du professeur.